激光雷达发展四步曲

近日美国企业Sense Photonics因推出了一款极具创新意义的激光雷达MultiRange™而引起了广泛关注。据其官网资料显示，Sense的首席技术官霍德·芬克尔斯坦将市场上的激光雷达产品划分为4代，分别如下：

第一代：机械旋转线性扫描系统

机械旋转激光雷达将多个离散的激光器和探测器集成在一个外壳中，垂直分辨率由封装在外壳中的激光器数量而定，而 360 度视野是通过整个系统的快速机械旋转实现的。虽然该项技术在21世纪初一经推出就引起了广泛关注，但旋转系统的分辨率与价格并明显不匹配。此外，这些系统还存在一些明显缺陷，例如运动模糊、滚动快门、振动或由冲击引起的失真等问题。庞大的机身常常使它们成为车顶上突兀的存在，这不利于将美学和空气动力学的应用集成到车辆中。

第二代：微驱动点扫描镜

旋转镜激光雷达系统的不足逐渐暴露，因此多家公司开发了微驱动扫描系统，该系统通过偏转一个（多个）准直激光束以及从一个（多个）镜子接收信号来运行，从而扫描视场并将目标回波引导到检测器，最后使用独立的微型致动器或使用集成的 MEMS（微机电系统） 芯片实现光束控制。

然而，微驱动扫描系统依然存在许多缺陷，比如这些系统在给定的帧率下运行时，需要权衡分辨率和视场。换言之，想要实现高分辨率就必须牺牲视野广度，而狭窄的视野通常不足以满足远程应用的需求。

与第1代系统类似，第2代系统也存在运动伪影。因此，使用此类系统在点云中看到街道标志重复出现的情况并不罕见。

另外，同样不可忽视的是第2代系统还存在机械缺陷——实现角分辨率所需的严格公差导致这些系统更容易受到振动、冲击和温度影响；该系统无法做到自动对准扫描目标。这些都使得第2代激光雷达的成本居高不下。

第三代：电子扫描激光雷达

由于第1、2代激光雷达都无法做到尽善尽美，一些公司为了寻求更稳定和更具成本效益的激光雷达，纷纷开始投身开发电子扫描激光雷达。这些系统利用电子设备控制激光束，控制的方法包括利用光学相位阵列 （OPA） 以及带有集成微透镜的 VCSEL 阵列，这些微透镜将阵列部分的光输出并引导到视场的各个子区域。虽然第 3 代激光雷达比机械扫描激光雷达具有更高的稳定性，但它们仍然无法解决运动伪影的问题。

第四代：固态全视角闪光激光雷达

近日，Sense Photonics 开发了满足市场需求的闪光激光雷达系统，这就是第4代激光雷达的代表。该公司通过使用其专有的微转移打印工艺打印大量垂直腔面发射激光器 （VCSEL） 来构建其定制发射器。通过扩散 VCSEL 的输出光束以照亮整个视野，确保了人眼的安全性和激光雷达的稳定性。

Sense 的第4代激光雷达可进行大规模制造且符合汽车标准，实现了前所未有的成本效率。其独特的架构可实现真正的全视角快门采集，从而消除传统激光雷达中普遍存在的运动伪影弊端。由于不需要扫描，因此该系统在振动和冲击中都能够保持稳定性，并且不需要进行校准。再者，基于其类似相机的架构，该系统将美学和空气动力学完美结合到车辆中。可以说是克服了前3代激光雷达的种种不足之处。

结论

随着技术的不断提升，第4代激光雷达实现了质的超越。而它也将有助于推动自动驾驶技术和辅助驾驶系统的普及。